满足欧Ⅳ及更高排放法规要求的曼和斯堪尼亚重型柴油发动机(二)

　　3斯堪尼亚公司

　　3.1产品技术发展概况

　　素有公路之王之称的斯堪尼亚一直非常重视其发动机技术的研发。斯堪尼亚发动机产品种类繁多，可为客户提供广泛的选择，产品可满足欧Ⅲ、欧Ⅳ以及欧Ⅴ排放标准。斯堪尼亚是欧洲首个提供匹配符合环境友好汽车排放标准（EEV)发动机的卡车和城市公交车的制造商。斯堪尼亚欧Ⅴ排放标准发动机系列新品项目的启动时间比欧洲立法要求的正式执行欧Ⅴ排放标准日期——2009年10月提前了整整两年。

　　斯堪尼亚的用户可通过选择不同类型的产品，满足其在特定地域或特定场合的需求。符合欧Ⅴ排放标准的产品包括功率从230～620马力不等的9L、13L和16L柴油机。此外，斯堪尼亚还提供230马力和280马力的柴油机以及270马力的乙醇发动机以满足目前排放控制要求方面最为严格的欧洲环境友好汽车排放标准EEV。斯堪尼亚同时提供230～620马力符合欧Ⅳ排放标准的发动机，以及230～580马力符合欧Ⅲ排放标准的发动机。

　　从2004年9月开始，斯堪尼亚开始为全欧洲提供420马力的EGR卡车发动机，搭载这种发动机的卡车不但享有税收优惠和过路费优惠，而且这种车不需要任何额外添加剂，也没有额外的容器占据有用的空间，驾驶员只需要加柴油即可。斯堪尼亚的EGR技术能在各种工况下降低排放，同时运营成本和性能与欧Ⅲ机型完全一样。

　　到2005年秋天，斯堪尼亚将全系列欧IV发动机应用到所有机动车上，包括卡车和客车，从2006年开始，一些发动机可以达到更高的欧V排放要求。

　　一切从燃烧室开始，是斯堪尼亚的哲学（如图4）。对燃烧技术的持续开发使得斯堪尼亚能开发出具有欧Ⅲ运营成本的欧IV发动机。对于欧IV排放标准，斯堪尼亚采用EGR和SCR两种技术路线来达到排放限值。根据客户需求、自然条件、过路收费和税收激励措施，斯科尼亚可以对每个不同的应用提供最合适的技术。

　　斯堪尼亚降低发动机氮氧化物NOx排放的主要措施是：1）控制燃烧温度；2）燃油喷射正时控制；3）进气温度控制；4）喷射速率控制；5）废气再循环EGR；6）选择性催化还原SCR。

　　3.2EGR技术

　　通过应用EGR技术，斯堪尼亚将有害排放从来源处—燃烧室内降低，并且不需要添加别的物质。斯堪尼亚选择EGR技术以确保发动机在使用正常加油站提供的柴油燃料时能正常运营，不用担心添加剂是否能买到。这些发动机采用斯堪尼亚自己的发动机管理系统，以及斯堪尼亚高压燃油喷射系统（ScaniaHPI）来实现最优的燃油经济性，在有些卡车中，涡轮增压技术也被采用。

　　EGR在美国被用于乘用车和重型卡车已经很多年了，是一种被证实有效的技术。在这种技术中，一部分废气被冷却后，重新被输送到发动机气缸中，以此来降低燃烧温度。燃烧温度越低NOx生成量越低，燃油喷射压力越高，颗粒物产生的越少。

　　斯堪尼亚EGR技术可以在任何条件下降低排放，包括高速公路牵引车和市内频繁停车和启动的交通环境。这样斯堪尼亚EGR可以作为很多用途的解决方案，例如，城市公交车和市内送货车。斯堪尼亚EGR相比于SCR也能降低汽车重量，降低装置复杂度以及为油箱留下更多空间。

　　斯堪尼亚开发的欧IV发动机，能够大幅度降低氮氧化物排放和颗粒物排放，但其运营成本却与欧Ⅲ发动机相当。

　　（1）两级EGR冷却器

　　斯堪尼亚欧Ⅴ发动机EGR技术经过不断的改进，其发动机效率和性能得到了进一步的提高。其中一个显著特点是，除水冷器之外，废气再循环系统还增加了一个空气冷却器（图5），即两级冷却。通过两级废气冷却，降低燃烧温度，从而减少氮氧化物（NOx)的形成。

　　斯堪尼亚欧Ⅳ发动机废气循环系统仅采用水冷却器。在欧Ⅴ标准产品中，为使产品达到更高的排气冷却性能，他们采用了图5所示的二级冷却设计，即在散热器的前方加装了一个空气冷却器来实现更高冷却性能。这是斯堪尼亚的独特设计。将进气与废气相混合的关键在于可变截面涡轮增压器。与其他发动机的配件一样，它由发动机管理系统进行控制，这是斯堪尼亚的另一个自主研发成果。

　　（2）超高压燃油喷射系统XPI

　　斯堪尼亚欧Ⅴ标准产品的另一大特点是与康明斯在超高压燃油喷射系统（XPI）领域的合作。斯堪尼亚超高压燃油喷射系统XPI（图6、图7）作为新一代共轨燃油喷射系统，为燃烧控制技术迎来了希望的曙光。这一技术由斯堪尼亚与总部位于美国印地安那州的专业发动机制造商康明斯公司共同研发，而且双方已经建立了联合生产基地。两家公司拥有长远的战略联盟关系，自上世纪90年代初以来始终在燃油系统的研发中保持着合作关系。2001年双方共同启动了斯堪尼亚高压喷射系统（HPI）的联合研发。双方合作进展非常顺利，两家公司从专业交流和燃油喷射与燃烧技术的研发中均受益匪浅。

　　与同种类型发动机系统相比，斯堪尼亚超高压燃油喷射系统XPI实现了更高的喷射压力，在正时和喷射压力方面提供了更多选择。该喷射系统除已在墨西哥生产外，2009年还在位于瑞典南泰利耶的斯堪尼亚新厂投产。

　　3.3SCR技术

　　为了确保动力性能更强的V8发动机有足够的冷却能力，斯堪尼亚采用SCR技术来实现欧IV排放标准。采用SCR技术的汽车可以在AdBlue基础设施完善的地区运营，或者采用车载足够的尿素液体运营。

　　如前所述，SCR是一种尾气后处理技术，需要有基于尿素的添加剂（AdBlue）来降低排放。AdBlue需要在汽车加油时补充，并需要额外的容器来盛放。

　　AdBlue被喷射到尾气中以确保在催化器中进行的化学反应，催化器被集成到消音器中。这种技术主要用来降低NOx排放。

　　斯堪尼亚已经开发出一种专利的计量系统来确保SCR系统全天候正常运行。SCR技术在高速公路高速运行、高发动机负荷和高的车总重条件下效率非常高。这种技术在油耗方面，与EGR技术相比稍有优势，这一优势可以弥补AdBlue消耗的成本。

　　总体运营成本方面，包括AdBlue，SCR欧IV发动机的成本类似于斯堪尼亚EGR欧Ⅲ发动机。

　　3.4欧V及以后发动机技术升级

　　在欧V排放标准生效以前，由于欧洲部分国家对欧V车辆给予税收优惠和过路费优惠，故斯堪尼亚在2005年就推出了欧V发动机，当时的机型采用SCR后处理技术。

　　到2009年欧V标准生效之前，斯堪尼亚全系列欧V发动机面世，它们的技术路线既有SCR，也有EGR。这其中包括采用改进燃油喷射系统的发动机平台，该平台发动机采用EGR技术、超高压燃油喷射系统XPI和可变截面的两级冷却涡轮增压器（VGT，如图8），这种组合技术可以被用到所有发动机上，包括V8发动机。一种免维护的催化转换器被集成到这些发动机的消音器之中。

　　面对欧V以后更严格的排放法规（欧Ⅵ），斯堪尼亚采用EGR、SCR和高压共轨组合系统来应对。斯堪尼亚认为，在未来的一段时间内，EGR和SCR技术还有能力让排放进一步降低。与此同时，这家公司还在开发更多新的技术面对未来。比如均质充气压缩点燃着火HCCI技术作为斯堪尼亚的储备技术正在全力研发中，一旦这一技术成熟，颗粒物和NOx排放会同时降低。此外，斯堪尼亚还在研发如下技术：

　　（1）优化燃烧方面：a）增大燃油喷射压力；b）多次喷射；c）可控的增压压力；d）优化燃烧室设计。

　　（2）后处理方面：a）氧化催化器；b）被动再生颗粒过滤器；c）主动再生颗粒过滤器。

　　3.5斯堪尼亚重型柴油机产品主要参数及尾气处理方案

　　斯堪尼亚欧IV、欧V和EEV卡车用发动机系列主要参数及尾气处理方案参见下表8～表10。

　　*注：HPI——高压共轨；PDE——高压泵喷嘴，下同。